一种叶片叶轮选择性激光烧结升降台的制作方法

本发明涉及五叶片叶轮选择性激光烧结升降台，具体是利用选择性激光烧结技术制造五叶片叶轮的实验装置，通过该装置实现对五叶片叶轮的加工生产，并保证其生产的各项机械性能优于传统选择性激光烧结生产出来的五叶片叶轮。

背景技术：

近几年，面向金属材料的直接增材制造工艺得到了快速推广与发展，特别是激光近净成形，凭借能够成形空间任意形状复杂度结构、适应于任意可熔覆金属材料、成形材料利用率高、工艺简单无需高温后处理等优势，得到了国内外航空制造业的高度关注和研究，更是成为了制造高性能合金涡轮叶片的理想手段。

由于新型合金涡轮叶片具有复杂流线外形轮廓并且内置大量复杂曲面流道结构，因此对加工制造以及成型精度要求极其苛刻，利用目前的增材制造技术，由于其分层成型的制造原理，难以避免会产生台阶效应，从而影响合金涡轮叶片制造精度的提高，以上缺陷严重阻碍了合金涡轮叶片增材制造产业的进一步发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于为解决利用选择性激光烧结设备制造五叶片叶轮时造成表面精度不足，需要再加工以及机械性能不足等问题。通过是用滚珠丝杆结构，升降台在改变层高的同时进行旋转，从而在不停机的前提下改变打印方向，降低由于分层加工带来的各层台阶效应累计所导致的表面精度问题，降低由于激光能量分布不均匀带来的表面翘曲问题，而且通过改变方向，提高叶片的机械性能。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案是：

一种叶片叶轮选择性激光烧结升降台，包括固定于机架上的可升降的工作台，所述工作台的两侧分别设有供粉系统及回收系统，工作台的上方安装有激光器和扫描镜，工作台的上表明设有铺粉滚筒，所述铺粉滚筒由气缸驱动，铺粉滚筒可于供粉系统与回收系统之间来回滚动；工作台的底部固连有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆由机架底部的电机驱动。

作为上述技术方案的进一步改进：所述电机驱动滚珠丝杆每旋转72°，所述工作台上升一个层厚。本发明中，推动杆由密封圈、循环器、油孔、滚珠、螺母及丝杆等组成，用来推动工作台上下运动的同时进行旋转并且保证旋转精度。

本发明的有益效果是，运用该选择性激光烧结升降台结构，利用滚珠丝杆结构，在上下运动的同时进行旋转，在成型过程中，五叶片叶轮每层成型后，自动旋转72°，然后打印下一层，该方法通过改变叶片每层的打印方向，降低了由于打印方向一样所导致的台阶效应的累积，并且通过旋转，改变每层叶片所受的激光能量，降低了由于激光能量分布不均匀所导致的翘曲效应。而且通过改变各层的打印方向，提高叶片总体的机械性能。因此，本发明装置大大地提高了选择性激光烧结叶片的表面精度以及机械性能。

附图说明

图1为本发明升降台的结构示意图。

图2为本发明中整体选择性激光烧结设备简图。

图3为本发明的整体装备示意图。

图中：1、机架；2、工作台；3、供粉系统；4、回收系统；5、激光器；6、扫描镜；7、铺粉滚筒；8、气缸；9、滚珠丝杆；10、电机；11、密封箱。

具体实施方案

如图1至图3所示，本实施例的叶片叶轮选择性激光烧结升降台，包括固定于机架1上的可升降的工作台2，工作台2的两侧分别设有供粉系统3及回收系统4，工作台2的上方安装有激光器5和扫描镜6，工作台2的上表明设有铺粉滚筒7，铺粉滚筒7由气缸8驱动，铺粉滚筒7可于供粉系统3与回收系统4之间来回滚动；工作台2的底部固连有滚珠丝杆9，滚珠丝杆9由机架1底部的电机10驱动。本发明中，对五叶片叶轮加工时，电机10驱动滚珠丝杆9每旋转72°，工作台2上升一个层厚。激光器5发射的激光通过扫描镜6折射改变激光方向直射至工作台2，再通过预设路径扫描由铺粉滚筒7从粉末箱内带来的金属粉末按照预设形状烧结，此时铺粉滚筒7将剩余粉末带至收集箱(回收系统4)内以便重复利用。随后工作台2降低一个层高，与此同时由于采用滚珠丝杆结构，在降低一个层高的同时工作台2顺时针旋转72°，铺粉滚筒回至原位重复该过程直至五扇面叶片制造完成。

针对上述叶片叶轮选择性激光烧结实验设备,为了便于验证加工后叶片的表面质量以及机械性能确实得到了较好的改善，在进行叶片加工前，先对相同的工件，在相同工工况下采用普通选择性激光烧结设备进行加工，得出加工后叶片的表面形貌和表面粗糙度以及机械性能，然后再与本发明的叶片叶轮选择性激光烧结设备进行对比。

使用上述实施例的五叶片叶轮选择性激光烧结实验设备对叶片进行加工时，应根据加工要求，合理选择好激光种类，设置层厚、扫描间距、扫描速度、环境温度、扫描方式以及激光功率等工艺参数，对叶片进行加工。加工完成后利用表面粗糙度仪测量其断面粗糙度值，利用万能试验机测试材料的拉伸、弯曲等力学性能，利用电子扫描显微镜(sem)观察其断面形貌。

加工结束后，切断所有电源，清理加工现场，分拆各个装置，对各部分进行清洁、干燥等处理，并定期进行相应的维护和保养，以供下次加工继续使用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了五叶片叶轮选择性激光烧结升降台，主要由供粉/回收系统、加工系统、光学系统等组成。其中，供粉/回收系统由供粉缸、铺粉滚筒、回收缸等共同组成。加工系统由升降工作台和推动杆等组成。光学系统是由激光发射器、扫描镜等共同组成。通过升降工作台的推动杆，将推动杆结构改造为滚珠丝杆结构，每降低一个层高，其旋转角度为72°，从而改变打印方向，不仅有效控制激光能量分布不均匀导致的翘曲的累积，而且很大程度上降低台阶效应，进一步提升叶片叶轮制造的表面精度。改变打印方向以提高其机械性能，能够将该升降台在叶片制造领域进行推广应用，提升五叶片叶轮的加工质量。

技术研发人员：韩基泰;武美萍;王志敏;张文超
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2017.04.24
技术公布日：2017.08.11